Yan Guo, Hongtao Bian, Le Yu, Jiani Ma*, and Yu Fang. Chin. Chem. Lett., 2024, 109971. DOI: 10.1016/j.cclet.2024.109971.
建立与自然系统相媲美的生物功能可控性是阐明细胞内生物分子动态过程和机制的重要工具。利用光敏保护基团（PPG）可实现对生物分子的精确时空控制，其核心思想是将小分子、蛋白质和核酸等通过化学键合在光敏分子单元，使用时经适当波长的光照可释放出被保护的生物分子，从而恢复其生物功能和活性。不同于传统的通过在PPG上修饰氢原子而不改变电荷分布的碱基保护方法，Rentmeister等通过在碱基上引入正电荷以保护核酸。该策略可扩展至保护更复杂的生物分子（如二核苷酸和RNA等），从而实现生物学相关功能的时间和空间控制。为了提高光脱保护反应效率并提供高性能PPG的设计原则，我们选择二苯甲酮为PPG对鸟苷N7位保护的化合物（记为BP-Guo）作为模型分子（图1），研究这类PPG的光保护反应机制。
图1. BP-Guo的光脱保护反应
本文基于飞秒瞬态吸收、纳秒瞬态吸收和纳秒共振拉曼实验光谱以及密度泛函理论计算的结果分析，提出了BP-Guo的光脱保护机制（如图2所示）。BP-Guo受光激发至单重态后发生ISC生成3[BP]-Guo，其通过两种路径进行光脱保护反应。一条途径是：发生分子内三线态-三线态能量转移（TTET）生成BP-3[Guo]，其C-N键断裂释放Guo和BP阳离子，后者被溶剂捕获得到最终产物；另一种反应路径为3[BP]-Guo与溶剂丙三醇发生分子间HAT生成ketyl-Guo，其发生裂解反应释放出Guo和BP自由基阳离子。BP自由基阳离子发生电子转移，并进一步异构化为4-甲基BP。本机制研究表明：BP经历TTET途径虽然可进行后续的光脱保护反应，还会诱发生成三重态核酸，引发环化反应，从而产生DNA诱变加合物，造成三重态光损伤。因此在设计、开发改进的光保护核酸策略时应避免该反应通道的进行。
图2. 化合物BP-Guo在丙三醇-乙腈-水中的光脱保护反应机理
第一作者：陕西师范大学博士后郭燕
通讯作者：陕西师范大学马佳妮教授
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S100184172400490X
